JP3701884B2

JP3701884B2 - エネルギー吸収部材

Info

Publication number: JP3701884B2
Application number: JP2001161330A
Authority: JP
Inventors: 治行今井
Original assignee: Toyotomi Kiko Co Ltd
Current assignee: Toyotomi Kiko Co Ltd
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2021-05-29
Also published as: JP2002347548A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギー吸収部材、例えば自動車のフロント部におけるサイドメンバに組付けられて、衝突時の衝撃荷重（衝撃エネルギー）を吸収するためのエネルギー吸収部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のエネルギー吸収部材の一つとして、中空の角柱状（例えば、断面略矩形）に形成され、長さ方向（中空角柱の中心線方向）の荷重により塑性変形して衝撃エネルギーを吸収可能なものがあり、例えば、特開平７−１４５８４２号公報や特開平１０−４５０２３号公報にて示されている。特開平７−１４５８４２号公報に示されているエネルギー吸収部材は、長さ方向の荷重により塑性変形する際に、蛇腹状の変形が安定して得られるように、蛇腹状変形の起点となり得る溝条を角部から平面部にわたって設けたものである。また、特開平１０−４５０２３号公報に示されているエネルギー吸収部材は、各角部（コーナーＲ部）の板厚を元板厚より薄く形成した中空断面の押出形材、或いは平面部（壁面部）に外側に向けて突出する矩形断面の凸部を設けた中空断面の押出形材である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した特開平７−１４５８４２号公報に示されているエネルギー吸収部材では、角部から平面部にわたって設けた溝条によって、長さ方向の荷重により塑性変形する際に、蛇腹状の変形が安定して得られるものの、同溝条により各部の長さ方向強度が不必要に低下して、エネルギー吸収能力が大幅に低下するおそれがある。
【０００４】
また、上記した特開平１０−４５０２３号公報に示されているエネルギー吸収部材で、各角部（コーナーＲ部）の板厚を元板厚より薄く形成した中空断面の押出形材では、各角部（コーナーＲ部）の板厚を元板厚より薄く形成することで、長さ方向の荷重により塑性変形する際の各角部（コーナーＲ部）での割れを防止して、大きなエネルギー吸収能力が得られるようにしている。このため、割れやすい材料（例えば、アルミ合金）にてエネルギー吸収部材を構成する場合に有効ではあるものの、割れ難い材料（例えば、炭素鋼板）にてエネルギー吸収部材を構成する場合には、各角部（コーナーＲ部）の板厚を元板厚より薄く形成することでエネルギー吸収能力が不必要に低下するおそれがある。
【０００５】
また、各角部（コーナーＲ部）の板厚を元板厚より薄く形成した中空断面の押出形材では、長さ方向の荷重により塑性変形する際の変形形状を所定の蛇腹形状とし難くて、塑性変形時の荷重変化特性を安定して得ることが難しいばかりか、荷重変化特性に山部（角部を座屈させるための荷重によって生じる）と谷部（平面部を座屈させるための荷重によって生じる）が顕著に表れて、荷重変化特性を平準化することが難しい。
【０００６】
一方、上記した特開平１０−４５０２３号公報に示されているエネルギー吸収部材で、平面部（壁面部）に外側に向けて突出する矩形断面の凸部を設けた中空断面の押出形材では、矩形断面の凸部によって平面部の長さ方向強度を高めることはできるものの、この場合にも、長さ方向の荷重により塑性変形する際の変形形状を所定の蛇腹形状とし難くて、塑性変形時の荷重変化特性を安定して得ることが難しい。
【０００７】
したがって、本発明では、塑性変形時（クラッシュモード）の荷重変化特性を安定して得ることが可能であり、また荷重変化特性の山部（角部を座屈させるための荷重）を必要最小限低下させることで、荷重変化特性を（平均荷重の低下を抑えながら、または平均荷重を高めながら）平準化することが可能なエネルギー吸収部材を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、割れ難い材料（例えば、炭素鋼板）にてエネルギー吸収部材を構成する場合に好適であり、中空の角柱状（例えば、四角柱状）に形成されて、複数の角部と平面部を有し、長さ方向の荷重により塑性変形して衝撃エネルギーを吸収可能なエネルギー吸収部材において、外方に向けて突出する複数で所定形状（例えば、球状）の膨出部を、前記各角部の長さ方向に所定の間隔で連続的に配設するとともに、前記各平面部に残存する平面が前記荷重に直交して蛇行するように、複数の凸部、凹部または凹凸部を、前記各平面部に前記荷重に直交して千鳥状に設けたこと（請求項１に係る発明）に特徴がある。
【０００９】
この場合において、中空内部に両端を平面部に連結した隔壁を設けて、同隔壁により中空部を区画して細分化すること（請求項２に係る発明）が望ましい。また、前記隔壁に複数の凹部、凸部または凹凸部を設けること（請求項３に係る発明）が望ましい。
【００１０】
【発明の作用・効果】
本発明によるエネルギー吸収部材（請求項１に係る発明）においては、各角部に形成される膨出部の形状と長さ方向の配設間隔を適宜に設定することにより、各角部の長さ方向強度を所望の長さ方向間隔にて必要十分な強度を確保した上で所定量低下させる（長さ方向強度の低下量を必要最小限とする）ことができる。このため、所定の塑性変形（所定形状での蛇腹状の変形）を促すことができるとともに、塑性変形時の荷重変化特性を安定して得ることができる。また、塑性変形時の荷重変化特性において、その山部（角部を座屈させるための荷重）を必要最小限低下させて、荷重変化特性を平均荷重の低下を抑えながら平準化することができる。
【００１１】
また、上記した作用効果に加えて、各平面部に千鳥状に設けた凹部、凸部または凹凸部により、各平面部の長さ方向強度を十分に高めることができて、塑性変形時の荷重変化特性における谷部（平面部を座屈させるための荷重）を十分に高めて、荷重変化特性の平均荷重を高めるとともに、荷重変化特性を平準化することができる。したがって、塑性変形時の荷重変化特性における山部を必要最小限低下させることができるとともに、塑性変形時の荷重変化特性における谷部を十分に高めることができて、平均荷重を高めながら荷重変化特性を平準化することができる。
【００１２】
また、本発明によるエネルギー吸収部材（請求項２に係る発明）においては、隔壁によって、当該エネルギー吸収部材の長さ方向強度を高めることができて、荷重変化特性の平均荷重を高めることができることは勿論のこと、荷重変化特性（座屈波形特性）にみられる座屈ピッチ（エネルギー吸収部材が断面略矩形の中空形状である場合では、一般的に知られているように、区画された矩形中空部の縦横長さによって定まるもの）を小さくすることができて、平均荷重を高めながら荷重変化特性を更に平準化することができる。また、本発明によるエネルギー吸収部材（請求項３に係る発明）においては、隔壁に形成される凹部、凸部または凹凸部により、隔壁の長さ方向強度を高めることができて、荷重変化特性の平均荷重を更に高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図６は本発明によるエネルギー吸収部材１０を示していて、このエネルギー吸収部材１０は、図１に例示したように、自動車２０のフロント部２１において衝突時の衝撃荷重（衝撃エネルギー）を吸収するように、長さ方向（図２の左右方向）が車両の前後方向となるようにしてサイドメンバ２２とバンパ補強材２３間に組付けられている。
【００１４】
また、エネルギー吸収部材１０は、図２に示したように、断面略矩形で中空の角柱状（四角柱状以外の六角、八角等の多角柱状としても実施可能）に形成されて４個の角部１１ａと平面部１１ｂを有する外壁１１と、外壁１１の各平面部１１ｂに各端部１２ａを連結して外壁１１によって形成される中空部を区画して細分化する隔壁１２によって構成されている。
【００１５】
外壁１１は、図３に示したように、断面コ字状に屈曲形成（屈曲部では湾曲形成）した２枚の鋼板１１Ａ，１１Ｂ（素材は、例えば、板厚１．２ｍｍの炭素鋼帯鋼である）によって構成されている。隔壁１２は、図３に示したように、両端部を同一方向に折り曲げられて組み合わせるためのスリットＳを有する３枚の鋼板１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ（素材は、例えば、板厚１．２ｍｍの炭素鋼帯鋼である）によって構成されている。
【００１６】
各鋼板１１Ａ，１１Ｂと１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃには、周縁部と組付連結部（スリット形成部や溶接を施す部位）を除いた部分に、屈曲形成前にプレス等による加圧成形により、小径と大径の２種類で多数のエンボス（球状加工部）Ｐ１，Ｐ２が、図４に示した所定のパターン（図４の上下方向、すなわち長さ方向にて大小のエンボスＰ１，Ｐ２の中心が直線状となるパターン）にて、予め形成されている。また、各鋼板１１Ａ，１１Ｂが屈曲形成された状態（図４に示したＢＬ線を中心として略９０度折り曲げられた状態）では、各角部１１ａに大小のエンボスＰ１，Ｐ２が一致して（図４のＢＬ線に沿って直線状に配置されて）外方に向けて突出するようになっている。また、各鋼板１１Ａ，１１Ｂと１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、図３に示したように組み合わされた状態にて、各接合部の全体を溶接により連結（結合）することで一体化されるようになっている。
【００１７】
小径のエンボスＰ１は、図４および図５に示したように、大径のエンボスＰ２を６個で略均等に囲むようにして設けられており、径φ１、曲率半径Ｒ１、深さＨで形成されている。また、小径のエンボスＰ１は、図４に示したように、矢印で示した長さ方向の荷重Ｆに直交して千鳥状に設けられていて、各平面部１１ｂに残存する平面が荷重Ｆに直交して蛇行するようになっている（図４の蛇行線参照）。
【００１８】
大径のエンボスＰ２は、図４および図５に示したように、長さ方向で小径のエンボスＰ１を２個挟むようにして所定の間隔Ｌ１で連続的に設けられており、径φ２（φ２＞φ１）、曲率半径Ｒ２（Ｒ２＞Ｒ１）、深さＨで形成されている。また、大径のエンボスＰ２は、図４に示したように、矢印で示した長さ方向の荷重Ｆに直交する方向では、小径のエンボスＰ１と同一の間隔Ｌ２で設けられている。上記した所定の間隔Ｌ１は、外壁１１内に隔壁１２によって区画された中空部の縦横寸法ａ，ｂ(図２参照)によって縦横寸法ａ，ｂの和の略半分に定められていて、図６に示した座屈ピッチＬ３と略一致している。
【００１９】
上記のように構成した本実施形態のエネルギー吸収部材１０では、各角部１１ａに対応して形成されたエンボスＰ１，Ｐ２の形状（径φ１，φ２、曲率半径Ｒ１，Ｒ２、深さＨ）を適宜に設定するとともに、大径のエンボスＰ２の長さ方向での配設間隔Ｌ１を外壁１１内に隔壁１２によって区画された中空部の縦横寸法ａ，ｂに応じて設定した（図６に示した座屈ピッチＬ３と略一致するように設定した）ため、各角部１１ａの長さ方向強度を長さ方向間隔Ｌ１毎に必要十分な強度を確保した上で所定量低下させる（長さ方向強度の低下量を必要最小限とする）ことができる。
【００２０】
このため、エネルギー吸収部材１０に長さ方向の荷重Ｆが作用してエネルギー吸収部材１０が塑性変形する際に、所定の塑性変形（所定形状での蛇腹状の変形）を促すことができるとともに、塑性変形時の荷重変化特性を安定して得ることができる。また、塑性変形時の荷重変化特性において、図６の実線（エネルギー吸収部材１０を塑性変形させた場合の特性線）と破線（外壁１１と隔壁１２にエンボスＰ１，Ｐ２を形成しないエネルギー吸収部材を塑性変形させた場合の特性線）で示したように、その山部（角部１１ａを座屈させるための荷重）を必要最小限低下させて、荷重変化特性を平均荷重の低下を抑えながら平準化することができる。
【００２１】
また、本実施形態のエネルギー吸収部材１０では、各平面部１１ｂに長さ方向の荷重Ｆに直交して小径のエンボスＰ１を千鳥状に設けて、各平面部１１ｂに残存する平面が荷重Ｆに直交して蛇行するようにしたため、各平面部１１ｂの長さ方向強度を十分に高めることができて、塑性変形時の荷重変化特性における谷部（平面部１１ｂを座屈させるための荷重）を十分に高めて、荷重変化特性の平均荷重を高めるとともに、荷重変化特性を平準化することができる。
【００２２】
したがって、本実施形態においては、図６に示したように、エネルギー吸収部材１０が荷重Ｆによって塑性変形する際の荷重変化特性における山部を必要最小限低下させることができるとともに、同荷重変化特性における谷部を十分に高めることができて、平均荷重を高めながら荷重変化特性を平準化することができ、自動車２０に装備した本実施形態では衝突検出センサ（図示省略の加速度検知装置）のセンシング感度を良好とすることが可能である。なお、図６において各座屈ピッチＬ３内にて小さな山谷が生じているのは、外壁１１と隔壁１２にエンボスＰ１，Ｐ２を形成したことに起因している。
【００２３】
また、本実施形態のエネルギー吸収部材１０（外壁１１と隔壁１２にエンボスＰ１，Ｐ２を形成したもの）では、外壁１１と隔壁１２にエンボスＰ１，Ｐ２を形成しないエネルギー吸収部材に比して、（エネルギー吸収量）／（部品重量）を相当量（２０％程度）アップさせることができるため、部品重量を上げずにエネルギー吸収量を上げる（コストを上げずにエネルギー吸収性能を上げる）、或いはエネルギー吸収量を下げずに部品重量を下げる（エネルギー吸収性能を下げずに軽量化とコスト低減を図る）ことが可能である。
【００２４】
また、本実施形態のエネルギー吸収部材１０では、エンボスＰ１，Ｐ２によって長さ方向の荷重Ｆに対して強度を高めた隔壁１２によって、当該エネルギー吸収部材１０の長さ方向強度が高められていて、隔壁１２を設けないエネルギー吸収部材に比して、荷重変化特性の平均荷重が高められている。また、隔壁１２により外壁１１によって形成される中空部が区画されて細分化されていて、荷重変化特性（座屈波形特性）にみられる座屈ピッチＬ３が小さくされている。したがって、隔壁１２を設けないエネルギー吸収部材に比して、平均荷重を高めながら荷重変化特性を平準化することができる。
【００２５】
上記実施形態においては、隔壁１２にもエンボスＰ１，Ｐ２を設けて実施したが、エンボスＰ１，Ｐ２を設けない隔壁１２でも外壁１１の長さ方向強度を高めることができるため、隔壁１２にエンボスＰ１，Ｐ２を設けないで実施することも可能である。また、上記実施形態においては、隔壁１２によって外壁１１の長さ方向強度を高めて実施したが、平均荷重をさほど高める必要がない実施形態では隔壁１２を無くして実施することも可能である。
【００２６】
また、上記実施形態においては、外壁１１の各角部１１ａに大小のエンボスＰ１，Ｐ２を設けて実施したが、各角部１１ａで本発明の作用効果（所定形状での蛇腹状の変形を促す作用効果、塑性変形時の荷重変化特性を安定化する作用効果、荷重変化特性の山部を必要最小限低下させて、荷重変化特性を平均荷重の低下を抑えながら平準化する作用効果）に有効な構成は大径のエンボスＰ２（外方に向けて突出し、各角部の長さ方向に所定の間隔で連続的に配設される複数で所定形状の膨出部）であるため、各角部１１ａから小径のエンボスＰ１を無くして実施すること、或いは図７に示したように、各平面部１１ｂから大小のエンボスＰ１，Ｐ２を無くして実施することも可能である。なお、図７に示したエネルギー吸収部材１０Ａでは、図８の太い実線で示した特性線（荷重変化特性を平均荷重の低下を抑えながら平準化した特性線）が得られる。
【００２７】
また、上記実施形態においては、外壁１１の各平面部１１ｂに大小のエンボスＰ１，Ｐ２を設けて、各平面部１１ｂに残存する平面が荷重Ｆに直交して蛇行するように実施したが、図９に示したパターン（図４に示したパターンで大径のエンボスＰ２を小径のエンボスＰ１に変更したパターン）のように、外壁１１の各平面部１１ｂに小径のエンボスＰ１のみを設けて（すなわち、外壁１１の各平面部１１ｂに外方（表面）に向けて突出する同一形状の凸部を設けて）、各平面部１１ｂに残存する平面が荷重Ｆに直交して蛇行するように実施する（図９の蛇行線参照）ことも可能である。
【００２８】
この場合において、図９に示した全てのエンボスＰ１を内方に向けて突出させて形成すること（外壁１１の各平面部１１ｂに内方（裏面）に向けて突出する凹部を形成すること）、或いは図９の白抜きで表示したエンボスＰ１を外方に向けて突出させ、他のエンボスＰ１を内方に向けて突出させて形成すること（外壁１１の各平面部１１ｂに表裏に突出する凹凸部を形成すること）も可能である。
【００２９】
また、上記実施形態においては、外壁１１と隔壁１２の長さ方向全体に大小のエンボスＰ１，Ｐ２を設けて実施したが、図１０に示したエネルギー吸収部材１０Ｂのように、外壁１１と隔壁１２の長さ方向にて所定の間隔Ｌ１で大小のエンボスＰ１，Ｐ２を設けて実施することも可能である。
【００３０】
また、上記実施形態においては、外方に向けて突出し各角部１１ａの長さ方向に所定の間隔Ｌ１で連続的に配設される複数で所定形状の膨出部として、大径のエンボスＰ２（球状加工部）を採用して実施したが、同膨出部の形状は球状に限定されるものではなくて適宜変更が可能である。また、上記実施形態においては、各平面部１１ｂに長さ方向の荷重Ｆに直交して千鳥状に設けられる複数の凹部、凸部または凹凸部として、複数のエンボスＰ１，Ｐ２（球状加工部）を採用して実施したが、これらの形状は球状に限定されるものではなくて適宜変更が可能である。
【００３１】
また、上記実施形態においては、本発明によるエネルギー吸収部材１０を自動車２０のフロント部２１に採用して実施したが、本発明によるエネルギー吸収部材１０は自動車２０のリヤ部は勿論のこと、他の適宜な箇所（エネルギーを吸収する必要がある箇所）にも採用して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエネルギー吸収部材を自動車のフロント部においてサイドメンバに実施した実施形態の側面図である。
【図２】図１に示したエネルギー吸収部材の拡大斜視図である。
【図３】図２に示したエネルギー吸収部材の製作工程を示す斜視図である。
【図４】図２および図３に示したエネルギー吸収部材の外壁と隔壁に形成されたエンボスのパターンを示す図である。
【図５】図４に示した小径と大径のエンボスの断面図である。
【図６】図２に示したエネルギー吸収部材を長さ方向の荷重にて塑性変形させた場合の特性線（実線）と外壁と隔壁にエンボスを形成しないエネルギー吸収部材を長さ方向の荷重にて塑性変形させた場合の特性線（破線）を示した荷重変化特性線図である。
【図７】本発明によるエネルギー吸収部材の他の実施形態を示す斜視図である。
【図８】図７に示したエネルギー吸収部材を長さ方向の荷重にて塑性変形させた場合の特性線を示した荷重変化特性線図である。
【図９】エネルギー吸収部材の外壁と隔壁に形成されるエンボスの他のパターンを示す図である。
【図１０】本発明によるエネルギー吸収部材のその他の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ、１０Ｂ…エネルギー吸収部材、１１…外壁、１１Ａ，１１Ｂ…外壁を構成する鋼板、１１ａ…角部、１１ｂ…平面部、１２…隔壁、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…隔壁を構成する鋼板、Ｐ１…小径のエンボス、Ｐ２…大径のエンボス、Ｆ…長さ方向の荷重。

Claims

中空の角柱状に形成されて、複数の角部と平面部を有し、長さ方向の荷重により塑性変形して衝撃エネルギーを吸収可能なエネルギー吸収部材において、外方に向けて突出する複数で所定形状の膨出部を、前記各角部の長さ方向に所定の間隔で連続的に配設するとともに、前記各平面部に残存する平面が前記荷重に直交して蛇行するように、複数の凸部、凹部または凹凸部を、前記各平面部に前記荷重に直交して千鳥状に設けたことを特徴とするエネルギー吸収部材。
請求項１に記載のエネルギー吸収部材において、中空内部に両端を平面部に連結した隔壁を設けて、同隔壁により中空部を区画して細分化したことを特徴とするエネルギー吸収部材。
請求項２に記載のエネルギー吸収部材において、前記隔壁に複数の凸部、凹部または凹凸部を設けたことを特徴とするエネルギー吸収部材。